Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2004.

Zugl.: Giessen, Universiẗat, Diss., 2003.

Ulm, Univ., Diss., 2008.

Ergebnisse der Hochfrequenzoszillation auf die pulmonale Entzündungsreaktion beim Lavage induzierten akuten Lungenversagen im Langzeit Großtiermodell / Objective: High-frequency oscillatory ventilation (HFOV) may reduce ventilator-induced lung injury in experimental neonatal respiratory distress. However, these data permit no conclusions for large animals or adult patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS), because in neonates higher frequencies and lower amplitudes can be used, resulting in lower tidal volumes (VT) and airway pressures. The aim of this study was to compare gas exchange and inflammatory cytokine expression during lung-protective pressurecontrolled ventilation (PCV) and HFOV in a long-term large-animal model of ARDS. Design: Prospective, randomized, controlled pilot study. Setting: University animal laboratory. Subjects: Sixteen female pigs (55.3± 3.9 kg). Interventions: After induction of ARDS by repeated lavage, the animals were randomly assigned to PCV (VT = 6 ml/kg) and HFOV (6 Hz). After lung injury, a standardised lung recruitment was performed in both groups, and ventilation was continued for 24 h. Measurements and results: After lung recruitment sustained improvements in the oxygenation index were observed in both groups. The mean airway pressure (mPaw) was significantly lower in the HFOV group during the experiment ( p < 0.01). The messenger RNA expression of IL-1-beta in lung tissue was significantly lower in the HFOV-treated animals ( p < 0.01). Conclusions: These data suggest that HFOV compared with conventional lung-protective ventilation can reduce lung inflammation in a large-animal 24-h model of ARDS. Furthermore, it was shown that lung recruitment leads to sustained improvements in gas exchange with a significantly lower mPaw when HFOV is used.

Die Hochfrequenzoszillation (HFOV; Frequenz 12-15 Hz) reduziert in Kombination mit einer ECLA die beatmungsinduzierte Lungenschädigung und das Lungenbiotrauma im Vergleich zur konventionellen lungenprotektiven Beatmung (PCV) mit niedrigen Tidalvolumina (6 ml/kg KG) Die HFOV hat in Kombination mit ECLA keine negativen Auswirkungen auf den Gasaustausch und die Hämodynamik / In order to optimize the lung-protective potential of high-frequency oscillatory ventilation (HFOV), it is currently recommended to maximize oscillatory frequencies. However, very high frequencies may lead to insufficient CO(2) elimination with severe respiratory acidosis. Arteriovenous extracorporeal lung assist (av-ECLA) allows near total CO(2) removal, thereby allowing for maximization of the lung-protective potential of HFOV. The aim of this study was to determine the impact of HFOV and av-ECLA on lung inflammation and function compared to conventional lung-protective ventilation. In a porcine surfactant depletion model of lung injury, the authors randomly assigned 16 female pigs to conventional lung-protective ventilation and HFOV/ECLA. Both strategies were combined with an "open-lung" approach. Gas exchange and hemodynamic parameters were measured at intervals during the 24-hour study period. Postmortem, lung tissue was analyzed to determine histological damage and lung inflammation. The authors found that the combination of HFOV and av-ECLA (1) allows significant reductions in mean and peak airway pressures; and (2) reduces histological signs of lung inflammation in the basal regions of the lung. HFOV/av-ECLA reduces histological signs of lung inflammation compared to conventional lung-protective ventilation strategies. Thus, combination of HFOV and av-ECLA might be a further lung-protective tool if conventional ventilation strategies are failing.

Das akute Lungenversagen des Erwachsenen (Acute Respiratory Distress Syndrome - ARDS) bleibt trotz lungenprotektiver Beatmung und dem Einsatz moderner Therapieverfahren ein schwerwiegendes Krankheitsbild mit nicht selten letalem Ausgang. Ziel der hier durchgeführten experimentellen Studien war es, sowohl den Einfluss verschieden hoher Niveaus des positiven end-exspiratorischen Drucks (PEEP) als auch die Auswirkungen einer unterschiedlichen Volumentherapie hinsichtlich Oxygenierung und histopathologischem Lungenschaden zu untersuchen. Hierzu wurde an 24 weiblichen narkotisierten und druckkontrolliert beatmeten Pietrain-Schweinen ein Lungenversagen mittels repetitiver bronchoalveolärer Lavage mit Kochsalzlösung induziert. Je acht Tiere wurden randomisiert und einer von drei Versuchsgruppen zugeteilt. In der ARDSNet(V+)-Gruppe wurde gemäß dem ARDS-Netzwerk mit einem festen Kombinationsschema aus PEEP und inspiratorischer Sauerstofffraktion (FiO2) beatmet und eine liberale Volumentherapie angewandt. In den Gruppen mit Open-Lung-Konzept (OLC) OLC(V+)- und OLC(V-) wurde eine Beatmung mit einem PEEP von 3 cm H2O über dem unteren Umschlagspunkt der Druck-Volumen-Kurve sowie Rekrutierungsmanövern von 50 cm H2O über 30 Sekunden durchgeführt. Die beiden OLC-Gruppen unterschieden sich im Hinblick auf die Volumensubstitution: restriktive Volumentherapie in OLC(V-) und liberale Volumentherapie in OLC(V+). Der Versuchszeitraum nach Randomisierung betrug 6,5 Stunden. Es wurden Gasaustausch- und Hämodynamikparameter zu fünf verschiedenen Messzeitpunkten ausgewertet. Des Weiteren wurden nach dem Versuchsende die Lungen histologisch untersucht. Bei der Untersuchung der Effekte der Beatmungsstrategien zeigte sich beim Vergleich der Gruppen mit großzügiger Volumensubstitution in der Gruppe mit höherem PEEP (OLC(V+)) eine bessere Oxygenierung (PaO2/FiO2 416+/-80 mmHg), verglichen mit der Beatmung gemäß ARDS-Netzwerk (ARDSNet(V+): PaO2/FiO2 189+/-55 mmHg). Ein statistisch signifikanter Unterschied im histopathologischen Lungenschaden zwischen beiden Gruppen konnte nicht gefunden werden (Gesamtscore OLC(V+) 1,6+/ [1,2-1,9] vs. ARDSNet(V+) 1,9 [1,4-2,0]). Bei der Untersuchung der Effekte der Volumentherapie konnte beim Vergleich der Gruppen mit Beatmung nach Open-Lung-Konzept in der Gruppe mit einem restriktiven Volumenmanagement (OLC(V-)) ein signifikant reduzierter histopathologischer Lungenschaden (Gesamtscore 0,9 [0,8-1,4]), jedoch keine weitere Verbesserung der Oxygenierung (PaO2/FiO2 400+/-55 mmHg) gegenüber der Gruppe mit liberalem Volumenmanagement (OLC(V+)) festgestellt werden. Zusammenfassend konnten wir mit unserer Studie zeigen, dass im experimentellen ARDS eine restriktive Volumentherapie den Lungenschaden reduzieren kann. Das Volumen-management scheint im experimentellen Lungenversagen somit einen größeren Einfluss auf den Lungenschaden zu haben als die Höhe des PEEP. / The effects of positive end-expiratory pressure (PEEP) and intravascular volume administration on the histopathologic lung injury were not investigated in experimental lung injury previously. We hypothesized that high PEEP and a restrictive volume therapy would yield the best oxygenation and the least degree of lung injury. 24 Pigs underwent saline lavage-induced lung injury. The animals were ventilated either with low PEEP according to ARDS-network (mean PEEP 9 to 12 cm H2O) and liberal volume therapy using hydroxyethyl starch (ARDSNet (V+)) or with high PEEP (PEEP 3 cm H20 above the lower inflection point of the pressure-volume-curve) combined with recruitment maneuvers and liberal (OLC (V+)) or restrictive volume therapy (OCL(V-)). After 6.5 hours, lung injury was determined by using a histopathologic score evaluating overdistension, edema, exsudation, and inflammation. When volume therapy was liberal, high PEEP (OLC(V+)) improved the Pao₂/Fio₂ index (416+/-80 mmHg) compared to low PEEP (ARDSNet(V+), 189+/-55 mmHg) but there was no difference in the median (interquartile range) lung injury score: 1.6 (1.2-1.9) to 1.9 (1.4-2.0). High PEEP with restrictive volume therapy (OLC(V-)) did not further improve oxygenation (400+/-55 mmHg) but ameliorated the degree of lung injury: 0.9 (0.8-1.4). In summary in lavage-induced lung injury, high PEEP improved oxygenation, but restrictive volume administration markedly reduced the degree of histopathologic lung injury.

Beim akuten Lungenversagen (ARDS) handelt es sich um eine akute, schwere pulmonale Insuffizienz mit Gasaustauschstörung als typische Reaktion der Lunge auf unterschiedliche Noxen und Traumata. Durch die Einführung einer lungenprotektiven Beatmungsstrategie mit reduziertem Tidalvolumen konnte sowohl die Mortalität als auch die systemische und pulmonale Entzündungsreaktion bei ARDS-Patienten gesenkt werden. Neuere Untersuchungen zeigen jedoch, dass selbst bei Anwendung niedriger Tidalvolumina die lokale Überblähung gesunder Lungenareale eine weitere Lungenschädigung zur Folge hat. Eine weitere Reduktion des Vt im Sinne einer erhöhten Lungenprotektion wäre daher wünschenswert. Die Hochfrequenz-Oszillations-Ventilation ist durch die Applikation kleiner Tidalvolumina und durch die Verwendung hoher mittlerer Atemwegsdrücke gekennzeichnet. Diese Charakteristika zeichnen die HFOV als ideale lungenprotektive Beatmungsform beim ARDS aus, da der hohe mPaw die zyklische Derekrutierung der Lunge (Atelektrauma) vermindert und die kleinen Tidalvolumina eine alveoläre Überdehnung (Volutrauma) limitieren. In der vorliegenden ARDS-Großtier-Studie wurden zwei lungenprotektive Hochfrequenz-Oszillations-Beatmungsformen einander gegenübergestellt, indem eine HFOV mit einer konventionellen Beatmungsfrequenz von 6 Hz mit einer HFOV mit 12-15 Hz verglichen wurde. Die Anwendung solch hoher Oszillationsfrequenzen von 12-15 Hz bedeutet eine erhebliche Verminderung des Tidalvolumens. Das Ziel dieser Studie war es, zu untersuchen, ob mit dieser Beatmungsform eine suffiziente Oxygenierung und Ventilation zu erreichen ist und ob diese Strategie die Lungenschädigung in der Histopathologie zu reduzieren vermag. Hierzu wurde bei jeweils 8 Pietrain-Schweinen pro Untersuchungsgruppe mittels repetitiven salinen Lavagen ein akutes Lungenversagen induziert. Danach wurde eine Druck-Volumen-Kurve erstellt und der mPaw für den gesamten weiteren Versuchszeitraum auf 3 cmH2O über dem unteren Inflektionspunkt festgesetzt. Es folgte ein Rekrutierungsmanöver, wonach die Tiere, randomisiert den beiden Gruppen zugeordnet, über einen Zeitraum von 24 Stunden mit der jeweiligen HFOV-Strategie beatmet wurden. Während des Experiments wurden regelmäßig verschiedene Parameter betreffend Beatmung, Gasaustausch und Hämodynamik dokumentiert. Nach Versuchsende wurde das Ausmaß der Lungenschädigung bei den Tieren histopathologisch beurteilt. Die Daten zeigen, dass beide Formen der HFOV, besonders durch die Kombination mit der Anwendung von Rekrutierungsmanövern und durch die Applikation eines suffizient hohen mPaw, eine anhaltende Verbesserung des pulmonalen Gasaustauschs bewirken. Dies ließ sich unter anderem an einem signifikant verminderten Oxygenierungsindex, einem erhöhten PaO2/FiO2-Verhältnis und einer reduzierten Shunt-Fraktion erkennen. Mit unseren histopathologischen Ergebnissen wurde außerdem demonstriert, dass eine HFOV mit 12-15 Hz das Ausmaß der Inflammation und damit die Lungenschädigung im Unterlappen im Vergleich mit einer HFOV mit 6 Hz signifikant vermindert, was darauf schließen lässt, dass eine Beatmung mit hohen Oszillationsfrequenzen eine größere Lungenprotektion bewirkt. / The acute respiratory distress syndrome (ARDS) is characterized by severe pulmonary insufficiency. The introduction of a lung protective ventilation strategy with reduced tidal volume was able to reduce both mortality rate and systemic and pulmonary inflammation. However, recent studies show that even when using low tidal volumes local hyperinflation can occur. A further reduction of Vt would therefore be desirable. High-frequency oscillatory ventilation is characterized by application of small tidal volumes and use of high mean airway pressures. These characteristics make HFOV an ideal form of lung protective ventilation in ARDS because high mPaw reduces atelectrauma and small tidal volumes limit volutrauma. In this ARDS large animal study two lung-protective high-frequency oscillatory ventilation modes were compared (HFOV with a conventional frequency of 6 Hz vs. HFOV at 12-15 Hz). The use of high frequencies results in a considerable reduction of tidal volume. The aim of this study was to investigate whether this type of ventilation can ensure oxygenation and ventilation and whether it is able to reduce lung injury in histopathology. In 16 pigs acute lung injury was induced by repetitive saline lavage. Thereafter, a pressure volume curve was created and mPaw was set 3 cmH2O above the lower inflection point. A recruitment maneuver was performed, after which the animals were randomly assigned to the two groups and ventilated for a period of 24 hours. During the experiment several parameters regarding ventilation, gas exchange and hemodynamics were documented. Finally the degree of lung injury was assessed histopathologically. The data show that both forms of HFOV, especially when combined with the use of recruitment maneuvers and by the application of sufficient mPaw, lead to improvement in pulmonary gas exchange. This could be shown in a significantly decreased oxygenation index, an increased PaO2/FiO2-index and a reduced shunt fraction. Our histopathological results demonstrate that HFOV at 12-15 Hz significantly reduces the degree of inflammation in the lower lobe in comparison with a HFOV at 6 Hz, which suggests that higher frequencies cause better lung protection.

Erlangen, Nürnberg, Universiẗat, Habil.-Schr., 2005. / Enth. 6 Sonderabdr. aus verschiedenen Zeitschr. - Beitr. teilw. dt., teilw. engl.

Univ., Diss., 2010--Marburg.

Regensburg, Univ., Diss., 2009.